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Capítulo 12 
 
Detectores continuação I 
 
 
 
 
terceira versão 2006.1 
 
 
Detetores de ionização 
 
Os detetores de ionização foram os primeiros aparelhos elétricos desenvolvidos 
para a detecção de radiação.Durante a primeira metade do século XX, três tipos básicos 
de detectores foram desenvolvidos: a câmara de ionização, o contador proporcional e 
contador Geiger-Müller. Exceto para aplicações especificas como monitoração do nível 
de radiação, estes aparelhos não são mais utilizados em experimentos modernos. 
Detetores de ionização são aparelhos projetados para medir a ionização produzida 
quando uma partícula incidente atravessa algum meio. O número de elétrons e de íons 
positivos detetados é uma medida da energia depositada no material, então deve-se evitar 
que qualquer par elétron-íon seja recombinado. Isto pode ser realizado aplicando-se um 
campo elétrico suficientemente alto no meio. Este campo irá separar as cargas, e 
empurra-las para os seus respectivos eletrodos (coletores), prevenindo assim que 
recombinem. 
 O detetor de ionização básico consiste de uma câmara preenchida com gás próprio 
que pode ser devidamente ionizado. A câmara possui um catodo e um anodo que são 
mantidos a uma diferença de potencial alta, caracterizando assim uma capacitância (C) 
que é determinada pela geometria dos eletrodos. O gás deve ser quimicamente estável 
(inerte) de modo que os elétrons não sejam facilmente capturados pelas moléculas do 
meio. O meio deve também não ser sensível a danos por radiação de modo que sua 
resposta às partículas incidentes não deteriore com o tempo. Outro fator importe é o 
baixo potencial de ionização (Ip) de modo a maximizar a número de eventos de ionização 
por energia depositada por uma partícula incidente. 
 Como mencionado anteriormente, quando uma partícula carregada atravessa uma 
região sensível do detetor, ela ioniza o meio e produz pares elétron-íon. Devido ao campo 
elétrico, os elétrons migram para o anodo e os íons para o catodo, produzindo assim um 
sinal, que dá origem a uma corrente pequena que flui através de um resistor R. O resistor 
produz uma diferença de tensão que é sentida por um amplificador A. O sinal do 
amplificador pode ser analizado de modo a obter uma altura de pulso que pode estar 
relacionada com a quantidade de ionização produzida, que por sua vez, depende 
principalmente da densidade e estrutura atômica do meio ionizável , mas também da 
energia e carga da partícula incidente. 
 
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Fig. – esquema básico de um detetor de ionização 
 
A quantidade de radiação detectada é determinada por fatores técnicos, como o 
campo elétrico aplicado. Vamos agora estudar o comportamento destes aparelhos em 
função da tensão aplicada. 
 
Região de recombinação 
 
Quando a diferença de potencial entre os eletrodos é pequena, os elétrons e íons 
podem se recombinar logo após a ionização, e somente uma pequena fração dos íons e 
elétrons chegam aos eletrodos. Isto produz um sinal que não corresponde na realidade o 
número de pares criados. Esta faixa de valores de tensão é chamada de região de 
recombinação (veja figura abaixo). 
 
Câmara de ionização 
 
Aumentando-se a tensão além da região de recombinação, obtemos um sinal que 
reflete a quantidade total de ionização produzida porque o campo é suficientemente alto 
de modo que todos os portadores de carga são coletados e um pequeno aumento do 
campo não tem nenhum efeito sobre o sinal. Esta faixa de operação é chamada região de 
ionização. O sinal de corrente nesta região é muito pequeno e deve ser medido com um 
eletrômetro. Câmaras de ionização são geralmente usadas para medir exposição a raios 
gama e monitoramento de altos fluxos de radiação. 
 
Região proporcional 
 
Aumentando ainda mais a tensão, os elétrons livres começam a ter energia 
suficiente para produzir novas ionizações. Os elétrons liberados nestas ionizações 
secundarias, são também acelerados de modo a produzir mais ionizações. Como 
resultado, temos uma avalanche de ionizações. No caso de uma câmara com um fio como 
anodo (Fig), o campo elétrico e mais intenso perto do fio, a avalanche ocorre perto do fio. 
Este aumento na ionização é freqüentemente chamado de amplificação de sinal ou 
multiplicação. O sinal de saída é maior, mas ainda proporcional a quantidade inicial de 
ionização, e por razões óbvias, esta faixa de operação é chamada região proporcional 
(Isto não significa que o sinal aumente linearmente com a tensão). 
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
R sinal
A
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
R sinal
A
 184 
 
 
Fig. Construção básica de um detetor de ionização com um fio. 
 
 
Para o detector da figura acima o campo elétrico radial é dado por 
 
r
rL
CV
E o ˆ
2πε
=
r
 
 
onde L é o comprimento da câmara e C sua capacitância. 
)/ln(
2
ab
L
C
πε
= 
 
 O potencial é dado por 






−=
a
rCV
VrV oo ln
2
)(
πε
 
 
 
 
Região Geiger 
 
+Vo
sinal
br
a
Gás
catodo
anodo
Janela fina
Radiação
+Vo
sinal
br
a
Gás
catodo
anodo
Janela fina
Radiação
 185 
Aumentando-se ainda mais a tensão chegamos a uma região onde produz-se uma 
avalanche de pares elétron-íon. Neste modo, chamado de região Geiger, a energia dos 
elétrons ionizados primários aumenta tanto que eles podem imediatamente excitar ou 
ionizar outros átomos, produzindo mais elétrons livres. 
 
 
 
 
Um detector Geiger 
 
 
Região de descarga 
 
Finalmente, aumentando a tensão alem da região Geiger, rompe-se a rigidez 
dielétrica do gás gerando descargas mesmo sem radiação presente e a câmara deixa de ser 
sensível a qualquer tipo de radiação. 
 
 
Fig. – Numero de íons (elétrons) coletados em função da tensão aplicada.